курсовая2 - копия. Проектирование трансформаторной подстанции

Название	Проектирование трансформаторной подстанции
Дата	06.11.2019
Размер	0.57 Mb.
Формат файла
Имя файла	курсовая2 - копия.docx
Тип	Курсовая #93799
страница	2 из 2

1 2

Рисунок 1.2 – План координатных осей с нанесением

места установки ТП
Для построения экономичной системы электроснабжения, то есть системы с малой стоимостью и малыми потерями электроэнергии в данной системе, является правильный выбор местоположения трансформаторных подстанций. Расположение трансформаторных подстанций в питающемся от них районе экономически целесообразно в центре электрических нагрузок, но с учетом условий планировки жилых кварталов. Определение местоположения трансформаторной подстанции должно соответствовать градостроительным и архитектурным соображениям, и требованиям пожарной безопасности.

Для определения центра электрических нагрузок используют графоаналитический метод, который заключается в следующем:

-объекты заключаются в координатные оси;

-определяются центры электрических нагрузок объектов, т.е. с учетом размеров территории генплана выбрать масштаб нагрузок, ориентируясь на наибольшую и наименьшую, приняв удобный радиус

(1.2)

(1.3)

где m - масштаб нагрузок, кВт/км² или квар/км²;

- наименьшая мощность линии, кВт или квар;

Rнм - наименьший визуально воспринимаемый радиус картограммы нагрузки, км.

-центры электрических нагрузок проектируются на оси OX и OY;

-определяем координаты ТП по формулам:

, (1.4)

, (1.5)
где Р_р._i- расчетная мощность i-го объекта, кВт;

X_i, Y_i- координаты центра электрических нагрузок i-го объекта, см;

n - число объектов питающихся от данной ТП.

Рис 1.3 Проекция объектов на оси Х и Y

Координаты центров нагрузок электроприемников определим по рисунку 1.3.

Трансформаторные подстанции могут быть установлены по полученным координатам только в том случае, если их расположение соответствует градостроительным и архитектурным соображениям, требованиям пожарной безопасности и удобству проезда транспортных средств, т.е. координаты ТП не находятся на территории какого либо здания, дороги, тротуара, какого либо общественного места. Если же предполагаемые координаты находятся в недосягаемой зоне, то координаты соответственно редактируются. Расчетные данные, которые получились на территории проезжей части переносим на расстояния не менее 10 м от границы жилых объектов.
Таблица 1.2 – Координаты расположения трансформаторной подстанции

Расчетные координаты места расположения ТП			Координаты места расположения ТП с учетом переноса.
Х_i	Y_i	Х_i		Y_i
139	65	140		70

1.3 Определение мощности и выбор трансформаторов
Обычно при проектировании на подстанциях всех категорий предусматривается установка двух трансформаторов. Несмотря на то, что на большинстве новых подстанций на первом этапе строительства устанавливаются по одному трансформатору.

Согласно, нормативного документа РДС РК 4.04-191-2002 «Методические указания по проектированию городских и поселковых электрических сетей» мощность трансформаторов подстанций напряжением 110-220 кВ выбирается с учетом их загрузки в нормальном режиме на расчетный срок не более 70%:

(1.6.)

Для нахождения полной мощности, необходимо найти реактивную мощность нагрузки по формуле 1.7

(1.7)

где Q –реактивная мощность объекта

P – активная мощность

tg – тангенс угла, принятый за 0,75

Исходя из данной формулы(1.8), можно найти полную мощность трансформаторной подстанции:

(1.8)

где S – полная мощность ТП

Составим таблицу исходя из выше указанных формул (1.7);(1.8)
Таблица 1.3

Номер	P, кВт	Q, кВАр	S, кВА
1	72	54	90
2	72	54	90
3	360	270	450
4	360	270	450
5	450	337	562,2
общее	1314	931	1610

Тогда, исходя из формулы (1.6) следует, что мощность трансформаторной подстанции должна составлять

Из справочных данных, мы находим наиболее подходящий по мощности трансформатор: ТМ-1600/10.

1.4 Определение типа конфигурации электрической сети
Электрические сети носят наименования обычных замкнутых, или трудно замкнутых конфигураций электроэнергетических сетей.

Схемы питания электрических цепей зависят от местоположений источников питания, общей схемы электроснабжения данного района, территориального размещения потребителей и их мощности, требований, предъявляемых к надежности, живучести и т.д.

Определения типа электрической сети должен удовлетворять всем условиям, а именно: надежности, экономичности, удобства в эксплуатации, безопасности и способности развития.

Чтобы выбрать электрическую схему подстанции нужно помнить:

Данная подстанция предназначена для многоквартирных жилых домов.
Подстанция является трансформаторной, транзитной, понижающей.
Подстанция включает одну линию высшего напряжения и линию низшего напряжения.
Существует вероятность возникновения короткого замыкания.

Исходя из всех вышеуказанных необходимых критерий, схема электрической сети подстанции имеет вид:

Рис 1.4 Схема электрической сети ТП
В схеме изображены все необходимые элементы и оборудование, для функционирования трансформаторной подстанции. Учтены все особенности территории, возможные аварийные ситуации, которые с помощью проектирования такой электрической схемы подстанции можно предотвратить или же возможность отключения аварийного очага электрической сети.

Схема электрической сети трансформаторной подстанции включает в себя следующее оборудование:

1) силовые трансформаторы, преобразующие электрический ток без изменения частоты ( ТМ 1600/10)

2) коммутационные устройства, выполняющие защитную роль от токов короткого замыкания, а так же аварийного отключения, или отключения на случай монтажа или планового ремонта линии,

3) шины и провода, обеспечивающие связь между подстанцией и потребителями, а так же между электрическим оборудованием внутри подстанции.

Выбор аппаратов и расчет токоведущих частей аппаратов и проводников

2.1 Выбор схемы распределительного устройства низшего напряжения РУНН
Распределительные устройства ПС состоят из большого количества аппаратов и соединяющих их проводников. Выбор аппаратов и расчет токоведущих частей аппаратов и проводников – важнейший этап проектирования ПС, от которого в значительной степени зависит надежность и безопасность ее работы.
Таблица 2.1 Технические характеристики трехфазных двухобмоточных трансформаторов 10 кВ.

Технические характеристики трехфазных двухобмоточных трансформаторов 10 кВ
тип	Sном,кВА	Uном,обм	оток,кВ	Uк,%	ΔРк,кВт	ΔРх,кВт	Iх,%
		ВН	НН
ТМ-1600/10	1600	6;10	0,4;0,69	5,5	36,60	18,00	1,3

ТМ 1600/10-04 - это двухобмоточный трехфазный понижающий силовой масляный трансформатор, промышленного назначения. Предназначен данный трансформатор для преобразования электроэнергии в сетях энергосистем и потребителей электроэнергии. Трансформатор рассчитан для эксплуатации в наружных или внутренних условиях в районах умеренного и холодного климата.

ТМ 1600/10-04 оборудован маслорасширителем, который компенсирует изменения объёма масла в результате нагревания и охлаждения в процессе работы трансформатора.

Напряжение ТМ 1600/10-04 редактируется без возбуждения. Для этого ТМ 1600/10-04 оборудован высоковольтными переключателями, которые присоединяются к обмотке высокого напряжения и позволяют контролировать и регулировать напряжение ступенями при отключенном от сети трансформаторе со стороны НН и ВН с диапазоном +2 х 2.5 %.
Определим сопротивление трансформатора если бы обмотка была не расщеплена:

(2.1)

2.2 Нахождение сопротивления проводов
Для нахождения сопротивления проводов, необходимо найти номинальные токи. Они рассчитываются по формуле:

(2.2)

где

– полная мощность одного потребителя;

– фазное напряжение
Таблица 2.2

№		1		2	3		4	5
Номинальный ток А		136,7		136,7	684		684	854
Сечение провода (медь)	25		25			120*2	120*2	150*2

После выбора сечения , рассчитываем сопротивление провода(медного) по формуле:

(2.3)
где

- активное сопротивление провода

- реактивное сопротивление провода

Найдем активное и реактивное сопротивления проводов, по формулам:

(2.4)

(2.5)

где

сечение провода

– удельное активное сопротивление

– удельное реактивное сопротивление
Таблица 2.3

№			Z
1	0,0792	0,0066	0,019475
2	0,08496	0,00708	0,0825
3	0,00225	0,0009	0,002423
4	0,0042	0,00168	0,00452
5	0,00375	0,001475	0,004029

2.3 Расчет токов короткого замыкания
Ток короткого замыкания – это аварийный режим в электрических сетях, который вызван увеличением тока, превышающий номинальный ток в несколько раз. Потому в момент короткого замыкания происходит резкое увеличение величины тока и снижение напряжения. Что соответственно приводит к большим выделением тепла, электромагнитным полем, расплавлением токоведущих частей, возгоранием, что приводит к пожарам, скачкам напряжения, нарушениям функциональности электрической цепи, системным авариям в энергосетях и т.д.

Из схемы электрической цепи ТП (рис 1.4) можно определить, что из шины отходят 5 проводов к потребителям. Необходимо найти токи короткого замыкания для определения необходимого коммутационного оборудования.

Так как по стандартам используется 3 фазы и могут присутствовать проводники( нейтраль, земля и тд.), соответственно замыкание может возникнуть между любыми из этих проводников. Формулы, по которым считаются токи короткого замыкания:

(2.6)

(2.7)

(2.8)
где

- сопротивление нулевой последовательности трансформатора;

- сопротивление петли образованной фазным и нулевым проводом;

U- номинальное напряжение;

U_ф- фазное напряжение;

Производится расчет тока трехфазного короткого замыкания по формуле (2.6)

Таблица 2.4

№	1	2	3	4	5
	2760,5	2659	90546	48538,3	54453,5

Из расчетов, приведенных в таблице 2.4, рассчитывается ударный ток:

(2.9)
где

- ток трехфазного короткого замыкания

Ток короткого замыкания двух фаз рассчитывается по формуле 2.7

Расчет короткого замыкания одной фазы производится из формулы 2.8.

Для этого необходимо найти Zт и Zп . Zт – сопротивление трансформатора, его находим из табличных значений. Zт = 5,5 мОм. Zп – сопротивление петли, находится по сопротивлению провода:

Ом

Рассчитываем

2.4 Выбор коммутационного оборудования
Коммутационное оборудование – это оборудование, предназначенное для создания коммутации электрической цепи и снятия напряжения на установках, т.е. для включения и отключения тока.

Основными коммутационными аппаратами являются: выключатели, короткозамыкатели, разъединители, УЗО, контактор, реле, рубильники, предохранители и т.д.

Условия выбора коммутационного оборудования:

Номинальное напряжение выключателя не должно быть меньше напряжения коммутации.
Номинальный ток выключателя не меньше коммутирующего тока цепи.
Соответствие климата с условиями эксплуатации коммутационного оборудования.
Проверка выключателя проводится по условию стойкости к ударным токам и токам короткого замыкания.

Одним из видов коммутационного оборудования являются плавкие вставки. Так как по расчетам токи короткого замыкания достаточно велики, следовательно, наилучшим вариантом для коммутационного оборудования являются плавкие вставки. Они выбираются по номинальным токам, так как плавкие вставки устанавливаются на провода, а на потребителях 3,4, и 5 провода поделены на два. Следовательно, на каждый провод ставится определенный предохранитель. Выбранное коммутационное оборудование представлено в таблице (2.5)
Таблица 2.5.

Номер потребителя	Тип предохранителя	Номинальный ток плавкой вставки, А	Наибольший отключаемый ток при напряжении до 500В, кА
1	ПН2-250	250	40
2	ПН2-250	250	40
3	ПН2-400	400	25
4	ПН2-400	400	25
5	ПН2-400	400	25
6	ПН2-400	400	25
7	ПН2-600	600	10
8	ПН2-600	600	10

Рис. Предохранитель типа ПН2: 1 - фарфоровый корпус; 2 - контактный нож; 3 - заполнитель (кварцевый песок); 4 - плавкая вставка; 5 - крышка; 6 - контактные стойки
Для линии высшего напряжения выбираются силовые выключатели. Поскольку линия находится под напряжением 10кВ, то основное коммутационное оборудование должно находиться на данном участке. Высоковольтный выключатель – это вид коммутационного оборудования, предназначенный для оперативного включения и отключения сетей, цепей и отдельного электрооборудования при нормальных и аварийных режимов, с помощью различного вида управления.

Существует множество видов силовых выключателей:

элегазовые;
вакуумные;
масляные;
воздушные;
автогазовые;
электромагнитные;
автопневматические;

Если рассматривать с точки зрения безопасности и экономики, то более рациональным будет использование вакуумного выключателя. Поскольку в сравнении с остальными видами выключателей, у него есть ряд преимуществ:

Высокая износостойкость при коммутации номинальных токов и токов короткого замыкания
Бесшумность, удобство обслуживания, чистота
Снижение эксплуатационных затрат, срок службы 25 лет
Высокое быстродействие
Повышенная устойчивость к ударным и вибрационным нагрузкам

Исходя из вышеприведенных утверждений, я выбрала вакуумный выключатель типа ВБЧ-СЭ-10 с номинальным напряжением 10 кВ.

2.5 Выбор шинопровода
Шинопровод – это устройство, сделанное из неизолированных или изолированных проводников, изоляторов и конструкций, которые используются для передачи и распределения электроэнергии в производственных помещениях, на территориях промышленных предприятий и т. д.

В сравнении с обычными видами электропроводок, шинопроводы имеют высокую надёжность электроснабжения и меньшие затраты времени и средств при монтажных работах. Они обеспечивают возможность переместить в цехе электроприемники в любое место, безопасно отсоединить и присоединить их без перерыва в электроснабжении других электроприемников. Кроме того, они занимают мало места и не требуют особого ухода.

Шинопровод должен соответствовать требованиям электробезопасности, т.е. выдерживать ток, протекающий по нему. А так как нам известны номинальные токи на объектах, которые присоединяются к шине, можно утверждать, что ток на шине должен быть равен сумме номинальных токов. Следовательно:

(2.)

где

– номинальный ток каждого потребителя (А)

(А)

По известному току шины, можем найти с помощью таблицы необходимые параметры шинопровода
Таблица2:6. Допустимый длительный ток для шин прямоугольного сечения

Размеры, мм	Ток, при количестве полос на полюс или шину, А										Стальные шины
	Медные шины					Алюминиевые шины					Размер ы, мм		Ток, А
	1	2	3	4	1		2	3	4
15x3	210				165					16x2,5		55
20x3	275				215					20x2,5		60
25x3	340				265					25x2,5		75
30x4	475				365					20x3		65
40x4	625				480					25x3		80
40x5	700				540					30x3		95
50x5	860				665					40x3		125
50x6	955				740					50x3		155
60x6	1125	1740	2240		870		1350	1720		60x3		185
80x6	1480	2110	2720		1150		1630	2100		70x3		215
100x6	1810	2470	3170		1425		1935	2500		75x3		230
60x8	1320	2160	2790		1025		1680	2180		80x3		245
80x8	1690	2620	3370		1320		2040	2620		90x3		275
100x8	2080	3060	3930		1625		2390	3050		100x3		305
120x8	2400	3400	4340		1900		2650	3380		20x4		70
60x10	1475	2560	3300		1155		2010	2650		22x4		75
80x10	1900	3100	3990		1480		2410	3100		25x4		85
100x10	2310	3610	4650	5300	1820		2860	3650	4150	30x4		100
120x10	2650	4100	5200	5900	2070		3200	4100	4650	40x4		130
										50x4		165
										60x4		195

Так как, в линии используются медные провода, шинопровод должен быть из такого же материала, поскольку проводники, сделанные из разных материалов, негативно влияют на состояние и эксплуатацию оборудования. Следовательно, шина будет сделана из меди размером 60x10 мм, состоящая из двух полос.

Заключение
В данной курсовой работе были произведены расчеты для проектирования и реконструкции трансформаторной подстанции.

При написании курсовой работы приобретены навыки по расчету токов коротких замыканий, нахождение длины и сечения провода, определение трансформатора и т.д. При проектировании трансформаторной подстанции первым шагом является определение местоположения и тип трансформатора. Далее для выбора коммутационного оборудования, производился расчет токов короткого замыкания. Выбор коммутационного оборудования является основным в проектирование трансформаторной подстанции, поскольку от этого зависит безопасность людей и работоспособность аппаратуры.
Список литературы

1 http://sil-trans-form.ru/tm_1600/10-04 [1]

2. ГОСТ Р 51321.1-2007. Устройства комплектные низковольтные распределения и управления. Часть 1 : УСТРОЙСТВА, ИСПЫТАННЫЕ ПОЛНОСТЬЮ ИЛИ ЧАСТИЧНО. Общие технические требования и методы испытаний. [2]

3. Шеховцов В.П. Расчет и проектирование схем электроснабжения. Методическое пособие для курсового проектирования. М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2010.

4. Справочник по электротехническим установкам высокого напряжения / под редакцией И.А. Баумштейна и В.М. Хомякова.– 2-е изд. – М.: Энергия, 1981. – 656 с.

1 2